Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

А все потому, что сей эпизодический персонаж, во- первых, остался личностью, склонной к нечестным манипуляциям, а во-вторых, знает теорию относительности только до того места этой книжки, в котором он очередной раз появляется.

Принимаю как должное упреки в чрезмерной фантастичности и искусственности вышеизложенного мысленного эксперимента. Но зато из него следуют поучительные морали, с которыми, как мне кажется, теперь будет легко согласиться.

Первая мораль. Не только скорости, но и ускорения ведут к изменениям времени и пространства в движущихся системах отсчета (с точки зрения наблюдателей, движущихся иначе). Такова лодка вращающейся карусели. Центростремительная сила все время ее сворачивает с прямого пути, отчего появляется центробежная сила инерции. Поэтому можно сказать короче: в поле инерционных сил происходит изменение времени и пространства.

Любопытно, что это следует только из частной теории относительности, которая, вообще говоря, применима лишь к системам отсчета, движущимся прямолинейно. Тем не менее вывод строг, его много раз приводил сам Эйнштейн.

И вторая мораль. Если инерция изменяет время и пространство, то, не желая повторять ошибки злополучного Клио, мы смело применяем принцип эквивалентности и сразу заключаем: тяготение тоже обязано изменять время и пространство. Раз, по принципу эквивалентности, сила инерции в локальных масштабах неотличима от тяжести, это должно касаться всех и всяческих проявлений инерционных и гравитационных сил. Тут уже действует общая теория относительности.

Конечно, у Эйнштейна на пути к этому удивительному заключению не было никаких спортивных и космических небылиц. Была строгая логика — сухая, трудная и, быть может, скучная для людей, мало склонных к предельно абстрактному мышлению. Было обобщение идей частной теории, соединение их с принципом эквивалентности, и в итоге родилось предсказание: в гравитационном поле время и пространство деформированы.

В поворотных местах популяризаторского сюжета этой книжки я следую доброй пословице: «Повторенье — мать ученья». На этом основании вкратце вспомним логическую цепочку предыдущих глав.

В малых масштабах подмечена неразличимость инерции и тяжести (Людмила, обманутая Черномором, и т. д.). Отсюда провозглашен принцип эквивалентности инерции и тяготения. Далее выяснено, что в поле сил инерции происходит деформация времени и пространства (споры болельщиков на сотой Олимпиаде). По принципу эквивалентности последовал вывод: в поле тяжести тоже происходит деформация времени и пространства (казус с механиком Клио).

Так сделан немаловажный шаг — отыскан физический признак, присущий в равной мере силам инерции и тяготению: тут и там для внешнего наблюдателя неизбежно изменение времени и пространства.

Пока это заключение законно только в локальных масштабах, где безоговорочно справедлив принцип эквивалентности, то есть для ограниченных объемов или малых промежутков времени (вспомните возражение Маленького Принца). Для планеты в целом такой вывод сделать нельзя, потому что Земля имеет центр масс. Полное земное тяготение, благодаря его центральности, сразу везде и надолго невозможно повторить неинерциальным движением или, наоборот, уничтожить его свободным падением системы.

Вышеизложенное известно из предыдущих глав.

А вот новое.

Выдвигается гипотеза: раз в локальных, местных явлениях тяготение, сведенное к инерции, изменяет пространство и время, то и в крупных масштабах, где сведение невозможно, должна тем не менее происходить какая-то деформация пространства и времени.

Гипотеза эта напрашивается сама собой. Ведь полное тяготение Земли складывается из сил тяготения, исходящих от ее маленьких частей. В каждой части пространство и время изменяются, значит, и во всех частях вместе — тоже.

Из сугубо локальных явлений извлечено, таким образом, заключение совершенно универсальное: наша планета всей своей массой деформирует пространство и время.

И Солнце, и любая звезда, и любая галактика.

Всякая масса вещества обязана обладать поразительной способностью — способностью искривлять мир.

Что же это такое — искривлять мир?

Дабы легче постичь это, еще раз сосредоточьтесь и следующие три главы прочтите с усиленным вниманием.

Геометрия — самая древняя в обширной семье математических наук. И чуть ли не самая мудрая. Учителя единодушно признают ее лучшим пробным камнем математических способностей — она очень глубока по мысли, изящна, безупречно стройна.

Юный Эйнштейн, когда ему в руки попалась тоненькая геометрическая книжечка, был восхищенно удивлен открывшимся волшебством логического творчества: шаг за шагом из простейших постулатов вырастала гармония лемм и теорем, все более запутанных, тонких, подчас неожиданных. Великий физик назвал эту книжечку в числе отправных пунктов своего марафонского бега от удивлений.

Да, геометрия достойна высших похвал. Может быть, даже поэм и од.

Жаль, что их, кажется, еще не успели сочинить.

Зато на геометрические темы придумано порядочно поговорок и пословиц. Есть даже анекдоты.

Мне почему-то страшно нравится тот, где некий машинист на паровозе кричит кочегару:

— Эй, кочегар, кидай в топку кривые дрова! Въезжаем на поворот!

Эти фразы радуют своим несказанным идиотизмом.

Между тем изощренный физик-теоретик сумеет дать им кое-какое разумное истолкование. Чтобы уяснить это, нам придется заглянуть в геометрические первоосновы. Заодно мы поймем, что такое кривизна пространства.

Вот вопрос: «прямое» и «кривое» — как отличить одно от другого? И что такое вообще кривизна и прямизна?

Прямой хочется назвать линию, которая проложена по кратчайшему расстоянию между двумя точками, а кривой — ту, что обходит прямую. Не зря ведь говорят: «объехать по кривой». Поэтому понятие прямизны тесно связано с понятием расстояния.

Теперь поймите главное: никакое расстояние не существует само по себе. Оно всегда отмеривается по чему-то конкретному — по дороге, по тетрадной странице или горному склону, либо, скажем, по световому лучу или по веревке, туго натянутой в пустоте.

Геометры говорят абстрактно и обобщенно: расстояния отмериваются по линиям, по поверхностям, в пространстве. Физики, соглашаясь с геометрами, помнят, однако, что все эти геометрические термины отражают реальные свойства нашего мира.

Кроме того, физик вкладывает свое определенное содержание в слово «отмеривать». Он помнит, что любое измерение требует не только математической корректности. Необходимы еще соответствующие приборы— линейки и часы.